CN103282143A - 铸造装置和铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的铸造方法包括：通过一边在铸模（25）内使原料凝固一边从铸模（25）将原料沿水平方向连续地拉拔来铸造原料的铸造棒（31）的工序；向铸造棒（31）与铸模（25）之间的间隙导入气体的工序；和对铸模（25）内的铸造棒（31）的上表面进行加热的工序。具体地讲，能够从在铸模（25）的壁面（25a、25b）设置的孔（33）向间隙导入气体。铸造棒（31）的原料例如是伴随从液相向固相的相变而体积增加的材料。

Description

铸造装置和铸造方法

技术领域

本发明涉及金属或半导体的铸造装置和铸造方法。

背景技术

一直以来，在有色金属的制造领域中，作为铝等的有色金属的铸造方法多采用保温帽铸造用铸模铸造方法。

该保温帽铸造用铸模，例如如图1所示，从包含耐火绝热材料的保温帽11流出的熔液12原样地通过在铸模主体13形成的熔液通过部，同时通过从在该铸模主体13上设置的冷却水喷出孔14喷出的冷却水强制冷却熔液使其连续地凝固而铸造棒状坯料15。

而且，在铸模主体13的熔液通过部的壁面的上端设置润滑油吹出孔16和气体通过孔17。在使熔液通过该熔液通过部时，从该润滑油吹出孔16和气体通过孔17向熔液通过部与熔液之间吹入润滑油和惰性气体、空气等的气体。由此，减小熔液向熔液通过部的内部的接触和摩擦以实现顺畅的铸造，并且铸造该坯料15的表面形状（专利文献1）。

专利文献4中公开了如下方法：将熔液状的原料从原料贮存部连续地或非连续地向结晶化室转移，一边维持处于上侧的熔液相一边使材料凝固，并且将凝固了的材料向下方取出。

另一方面，薄膜技术广泛应用于设备的高性能化和小型化。通过利用薄膜技术将设备薄膜化，使用者的便利性提高，并且得到地球资源的保护和消耗功率的降低这样环境方面的优点。在薄膜技术之中，薄膜制造的高效率化和低成本化也很重要。因此，目前正持续进行面向实现它们的各种各样的努力。

为了提高薄膜制造的效率，长时间连续地成膜是有效的。例如，在采用真空蒸镀法的薄膜制造中，连续地向蒸发源供给原料是有效的。

向蒸发源供给原料的供给方法，考虑原料的种类和成膜条件进行选择。作为连续地对蒸发源供给原料的方法，可以举出例如将粒状的原料投入蒸发源的方法、将棒状的原料插向蒸发源的方法、将棒状的原料从蒸发源的下方注入的方法、将液状的原料流入蒸发源的方法。

在连续地对蒸发源供给原料的情况下，由于供给低温的原料，蒸发源的温度容易变动。而且，蒸发源的温度的变动，有时导致原料的蒸发速度的变动，阻碍均匀的成膜。对于该课题，提出了将熔融了的原料供给到蒸发源的方法（例如专利文献2和3）。

在专利文献2的方法中，与蒸发用的坩埚内的原料的消耗相应地，将熔融了的原料供给到坩埚中。另外，专利文献3的方法中，通过加热将棒状的蒸发原料的顶端熔融，供给到蒸发源。专利文献3中公开如下方法：通过光传感器连续地检测蒸发原料的顶端位置，基于该检测信号调查蒸发原料的送给速度的方法。

专利文献5中公开了如下方法：以材料利用效率的进一步提高和热能损失的减少所带来的低成本化为目的，在单一的真空炉体内对材料进行熔化和脱气后成形为棒状，同时将所得的棒不切断地连续地向蒸发源滴下和供给。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2010/001459号

专利文献2:日本特开昭62-177174号公报

专利文献3:日本特开平2-47259号公报

专利文献4:日本特开昭62-56395号公报

专利文献5:日本专利第4331791号说明书

发明内容

如专利文献1所示那样，通过向铸造棒和铸模之间导入用于降低摩擦的润滑油和气体能够减低摩擦阻力。但是，如果在水平连铸中应用该技术，则有气体残存在铸造棒内的可能性。

本发明的目的在于在沿水平方向拉拔铸造棒的铸造方法中抑制铸造棒的内部的气体残留。

即，本发明提供一种铸造方法，其包括：

通过一边在铸模内使原料凝固一边从上述铸模将上述原料沿水平方向连续地拉拔，来铸造上述原料的铸造棒的工序；

向上述铸造棒与上述铸模之间的间隙导入气体的工序；和

对上述铸模内的上述铸造棒的上表面进行加热的工序。

在另一方面，本发明提供一种铸造装置，具备：

用于将原料熔化的坩埚；

铸模，其使在上述坩埚中熔化了的上述原料凝固，并且具有与上述原料接触的壁面、和在上述壁面设置以使得能够向上述原料的铸造棒与上述壁面之间的间隙导入气体的孔；

对上述铸模内的上述铸造棒的上表面进行加热的加热机构；和

铸造棒输送机构，其沿水平方向连续地拉拔在上述铸模中凝固了的上述原料，以使得形成上述铸造棒。

在其他方面中，本发明还提供一种薄膜制造方法，包括：

将由上述本发明的铸造方法制作的铸造棒向蒸发用坩埚的上方输送的工序；

通过将上述铸造棒加热和熔化，向上述蒸发用坩埚连续地滴下和供给原料的工序；和

通过使上述原料从上述蒸发用坩埚蒸发，使上述原料沉积在配置于上述蒸发用坩埚的上方的基板上的工序。

在其他方面中，本发明还提供一种薄膜制造装置，具备：

上述本发明的铸造装置；

在上述铸造装置的上述铸造棒输送机构的后段配置的蒸发用坩埚；

通过在上述蒸发用坩埚的上方将上述铸造棒加热和熔化来向上述蒸发用坩埚连续地滴下和供给上述原料的铸造棒加热装置；

对上述蒸发用坩埚进行加热的蒸发用坩埚加热装置；和

向上述蒸发用坩埚的上方输送基板的基板输送机构。

根据本发明，通过向铸造棒与铸模之间的间隙导入气体，能够抑制原料的熔液蔓延到间隙中。进而，通过对铸模内的铸造棒的上表面进行加热，能够延迟原料的凝固。由此，流出到原料的熔液内的气体成分能够从上表面逃逸。因此，在水平连铸中，能够兼具由气体导入带来的降低铸模的摩擦阻力和抑制铸造棒中内包气体。还能够抑制铸造时铸造棒漏钢（breakout）。

附图说明

图1是表示保温帽（hot top）结构的铸模的结构的模式图。

图2是表示本发明的实施方式涉及的铸造装置的模式图。

图3是在图2所示的铸造装置中使用的铸模的三视图。

图4是表示熔液、铸造棒和孔的位置关系的模式图。

图5是表示本发明的实施方式涉及的薄膜制造装置的模式图。

图6是表示图2的铸造装置的优选结构的模式图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式举例说明。本发明不限定于以下的实施方式。在以下的说明中，有时例示特定的数值和特定的材料，但也可以应用其他数值和其他材料。

再者，在本说明书中，在真空槽内配置的构件和装置，除了在真空槽的内部配置的构件和装置外，还包括在真空槽的壁面固定的、功能部被置于减压下的构件和装置。

（实施方式1）

图2模式地示出了实施方式1中的铸造装置的结构。铸造装置50具备真空槽21、排气机构22、原料供给机构23、坩埚24、铸模25、坩埚加热装置26、铸模加热装置27（加热机构）和铸造棒输送机构28。原料供给机构23、坩埚24、铸模25、坩埚加热装置26、铸模加热装置27和铸造棒输送机构28配置在真空槽21的内部。

排气机构22将真空槽21的内部进行排气。原料供给机构23对坩埚24供给应该铸造的粒状原料29。坩埚24在内部将从原料供给装置23供给的粒状原料29熔化。在本说明书中将由坩埚24熔化了的原料称为原料熔液30。坩埚加热装置26和铸模加热装置27分别对坩埚24内和铸模25内的原料进行加热，并将原料保持为熔化状态。从坩埚24对铸模25供给原料熔液30。被供给到铸模25的熔液30由铸模25冷却、逐渐凝固。其结果，得到铸造棒31。铸模加热装置27对铸模25内的原料（铸造棒31）的上表面进行加热。铸造棒输送机构28将在铸模25得到的铸造棒31从铸模25输送出。也就是说，铸造棒输送机构28将在铸模25中凝固了的原料沿水平方向连续地拉拔以使得形成铸造棒31。

真空槽21和排气机构22没有限定，能够使用在真空蒸镀装置等的真空工艺装置中一般使用的真空槽和排气机构。排气机构22典型地包括回转泵、油扩散泵、涡轮分子泵、低温泵等的真空泵。

作为采用原料供给机构23的原料29的供给方式，也可以使用例如送料器（parts feeder）方式、提篮（basket）方式、推杆方式、倾斜滑动方式、传送带方式。另外，也可以组合使用这些方式。从原料供给机构23向坩埚24供给原料29的供给速度为例如大约0.1g/秒以上、10g/秒以下。如果原料29的供给速度过慢，则熔化中气化的成分变多，材料利用效率降低。另一方面，如果原料29的供给速度过快，则在原料29的熔化和铸造中伴随大的能量移动，所以装置容易大型化，从成本方面看不优选。但是，本发明不受原料29的供给速度限定。原因在于原料29的供给速度依赖于坩埚24的容量、铸造棒31的大小、原料29的种类等。

另外，铸造装置50，作为原料供给机构23的辅助也可以具备用于从真空槽21之外向原料供给机构23供给原料29的辅助供给机构。在该情况下，能够对坩埚24供给更多的原料29。

在坩埚24中形成有对原料进行保持的凹部。凹部的平面形状既可以是矩形也可以是圆形，还可以是它们的组合，也可以是其以外的形状。在凹部的平面形状为圆形或椭圆形的情况下，有能够容易地使原料均匀熔化这一优点。

坩埚24，优选具有能够保持在10～500秒期间被供给到坩埚24的原料的容量。即，在例如以1g/秒的速度向坩埚24供给原料的情况下，坩埚24优选具有10～500g的量的容量。如果坩埚24的容量过小，则未熔化的原料向铸模25流出可能性变大。另外，难以充分去除原料所含的气体成分和低沸点杂质，所以气泡容易进入铸造棒31。另一方面，如果坩埚24的容量过大，则熔化中气化的原料的比例变大，材料的利用效率容易降低。但是，本发明不受坩埚24的容量限定。原因在于坩埚24的容量依赖于铸造棒31的大小、铸造棒31的拉拔速度、坩埚加热装置26的性能等。

作为坩埚24的材料也可以使用冷却了的金属材料。也就是说，坩埚24也可以被冷却。作为冷却坩埚24的冷却介质，能够使用例如空气、水、油等。另外，作为金属材料，除铜、铝、钼等单质金属外，也可以使用不锈钢等合金材料。另外，也能够使用石墨、碳化硅、陶瓷材料等耐热材料。在使用耐热材料的情况下，能够通过用二氧化硅、氧化铝、氧化锆等耐火材料包围坩埚24，从而提高绝热效果来使热效率提高。

从坩埚24向铸模25供给（移送）熔液30的方法，有：（1）在坩埚24的侧面或上表面形成熔液30流出的孔，将铸模25连结于孔并使从孔流出的熔液30流入铸模25的方法；（2）在坩埚24的下方配置铸模25，在坩埚24的侧面、上表面或底面形成熔液30流出的孔，使从孔流出的熔液30滴落到铸模25中的方法；和（3）在坩埚24的下方配置铸模25，通过将坩埚24倾斜来使熔液30倾注到铸模25中的方法等。

在坩埚24的上方配置有坩埚加热装置26。坩埚加热装置26可以是直接加热坩埚24内的原料的装置，也可以是加热坩埚24，通过来自被加热了的坩埚24的传热来间接地加热坩埚24内的原料的装置。坩埚加热装置26构成为例如通过电子束（电子射线）来加热原料。坩埚加热装置26典型地为电子枪。此外，作为基于坩埚加热装置26的加热方式有：基于来自电阻加热器的辐射热的电阻加热方式；基于在坩埚24的周围配置感应线圈并在线圈中流通高频电流的高频感应加热方式；和照射激光的方式。再者，也可以组合使用它们。

如图3所示，在铸模25中形成有被成形了的铸造棒31通过的凹部32。铸模25的凹部32朝向上方开放。与所希望的铸造棒31的截面形状相应地设计凹部32的截面形状。作为凹部32的截面形状，有例如半圆等圆弧形状、矩形等。另外，也可以采用使凹部32的出口侧部分比靠近坩埚24的部分宽的锥形结构，来降低拉拔铸造棒31时的摩擦。该情况下，优选锥形角度比0度大且为15度以下。如果增大锥形角度，则由于铸造棒31的拉拔而在铸造棒31与铸模25之间出现的间隙也变大。因此，熔液30容易流出，铸造棒31的成形精度容易降低。但是，本发明不受锥形角度限定。原因在于适当的锥形角度依赖于铸造棒31的大小、拉拔速度、原料的种类等。

作为铸模25的材料，也可以使用金属材料。铸模25也可以被冷却。在该情况下，铸模25可由使用金属材料的铸模主体、和对铸模主体进行冷却的冷却机构构成。作为在冷却机构中流动的冷却介质，也可以使用例如空气、水、油等。另外，作为金属材料，除铜、铝等单质金属外，也可以使用不锈钢等合金材料。另外，铸模25根据需要也能够组合多个构件而构成。也可以通过按每个构件改变材料来控制熔液30的冷却速度。

铸模25具有与原料的熔液30和原料的铸造棒31接触的壁面25a和25b。在壁面25a和25b上设有孔33（气体导入孔）。能够通过孔33从铸模25的外部向铸造棒31与铸模25之间的间隙导入气体。也可以根据铸造棒31的大小和气体的量，使用多个孔33。在图3所示的形态下，在铸模25的底面25a和侧面25b分别配置有孔33。

另外，也可以根据铸造棒31的大小和铸造棒31与铸模25的接触状态，跨铸模25的一角、换言之跨底面25a和侧面25b而形成有孔33。在铸模25由多个构件构成的情况下，也可以在多个构件间的间隙设置孔33。也可以在各构件之中的多个位置设置有孔33。

孔33的直径，优选为0.1mm以上1mm以下。如果孔33的直径低于0.1mm，则孔33的导通性变小。因此，孔33的入口与出口的压力差变大。变得难以控制向铸造棒31与铸模25之间的间隙导入的气体的压力。另一方面，如果孔33的直径超过1mm则孔33的导通性变大。在铸造棒31与铸模25之间的间隙变大了时，大量的气体以脉冲状向真空槽21流出，导致真空槽21的内部的压力急剧上升。但是，本发明不受孔31的直径限定。原因在于适当的直径依赖于铸造棒31的大小、铸造棒31的拉拔速度、原料的种类等。另外，在大气下实施铸造的情况下，也不会发生真空度恶化的问题。

孔33的截面形状（开口形状）不限定于圆形。孔33的截面形状也可以是矩形、椭圆形等其他形状。在孔33的截面形状不为圆形的情况下，孔33的直径视为与具有与该孔33的截面面积相等的面积的圆的直径相等。

如图2所示，在铸模25的上方配置有对铸模25内的原料（详细而言，是熔液30或铸造棒31）的上表面进行加热的铸模加热装置27。铸模加热装置27直接加热铸模25内的原料。铸模加热装置27构成为例如通过电子束对原料进行加热。铸模加热装置27典型地为电子枪。此外，作为基于铸模加热装置27的加热方式有基于来自电阻加热器的辐射热的电阻加热方式、照射激光的方式。再者，也可以组合使用这些方式。

加热装置27未必需要配置在铸模25的上方。例如在使用电阻加热器的情况下，只要将加热装置27配置在能够将加热器的辐射热照射到铸模25内的原料的上表面的位置即可。在使用电子束源、激光振荡器的情况下，也同样地只要将加热装置27配置在能够将电子束或激光照射到铸模25内的原料的上表面的位置即可。

对坩埚24进行加热的加热装置26和对铸模25进行加热的加热装置27，即使是全部或一部分共用的机构也没有问题。另外，铸模25既可以与坩埚24连结，也可以一体化，也可以独立。本发明并不是受坩埚24与铸模25的位置关系限定的发明。

铸造棒输送机构28也可以包括摇动铸造棒31的摇动机构。通过一边摇动一边拉拔铸造棒31，能够防止铸造棒31附着于铸模25而破损。另外，为了使用由半圆等圆弧截面构成的铸模来制作大致圆柱形状的铸造棒31，铸造棒输送机构28也可以包含使铸造棒31沿拉拔方向旋转的旋转机构。通过使铸造棒31一边旋转一边拉拔，能够形成在表面凹凸少的铸造棒31，所以铸造棒31变得难以弯折。

在本实施方式中，铸造棒输送机构28构成为，由多个辊夹着铸造棒31，通过使辊旋转来输送铸造棒31。再者，也可以使用由多个夹持（chuck）机构夹着铸造棒31，通过使夹持机构沿拉拔方向移动来输送铸造棒31的方法。另外，可以通过其他方法来输送铸造棒31，也可以组合使用这些方法。

再者，本实施方式的铸造装置50，根据需要也可以包含上述以外的其他构件和装置。例如通过在铸造装置50的后段不开放真空地连结蒸镀装置，能够抑制蒸镀部的真空度的恶化并且向蒸镀部持续地连续供给原料。

根据本实施方式的铸造方法，将原料的固体熔融作为熔液30，使该熔液30凝固而形成铸造棒31，对该铸造棒31进行拉拔。即，实施：通过一边在铸模25内使原料凝固一边从铸模25对原料沿水平方向连续地进行拉拔，来铸造原料的铸造棒31的工序；向铸造棒31与铸模25之间的间隙导入气体的工序；和对铸模25内的原料的上表面进行加热的工序。各工序典型地同时实施。

原料可根据目的而选择。只要能够应用本发明，原料就不受限定。作为原料的例子，可以举出例如硅、锗、锡之类的14族元素、含有它们的合金（例如含硅的合金）、含有钴等元素的磁性材料、铝、铝合金等有色金属。

作为原料，能够合适地使用伴随冷却中的相变（例如从液相向固相的变化）体积增加的材料。作为那样的材料，可以举出硅、含硅的合金、铜合金、锑、因瓦合金那样的低热膨胀合金等。

在本实施方式中，铸造时气体成分作为气泡从原料的熔液30中通过，所以在硅那样的在凝固温度区域附近粘度没怎么增大、且具有在凝固时膨胀的性质、与铸模25之间容易发生摩擦应力的原料中，更加容易出现效果。

作为原料的熔化方法，能够使用电阻加热方式、感应加热方式、照射电子束或激光的方式等。为了防止对铸模25供给未熔化原料，优选能够重点地对固体原料或固体原料的供给部进行加热的指向性高的加热方法。例如，优选通过指向性高且能够实现高输出的电子束照射来对原料进行加热、或者组合电子束照射与其他加热方法而对原料进行加热。

在坩埚24中得到的原料熔液30被向铸模25供给，成形为所希望的形状。在铸模25中在与铸造棒31接触的壁面25a和25b上存在孔33，气体被导入铸造棒31与铸模25之间的间隙。

作为气体，优选使用惰性气体。惰性气体包括例如氩气、氦气、氮气或它们的混合气体。惰性气体也可以由这些气体构成。通过惰性气体能够防止原料与气体成分的反应。

气体被导入，使得铸造棒31与铸模25之间的间隙的气体的压力变为熔液30的压力以上。也就是说，来自孔33的气体的喷出压力为原料的熔液30的压力以上的压力。所谓“熔液30的压力”是指通过熔液30的自重按压铸模25的压力、或通过熔液30的自重推压从孔33喷出的气体的压力。通过熔液30的深度与熔液30的比重之积，求出每单位面积的熔液30的压力。来自孔33的气体的喷出压力用例如在对孔33供给气体的路径上设置的调整器所示的值来特定。如果气体的压力变得比熔液30的压力大，则气体开始流入熔液30内，由于气体的压力不会上升到其以上，因此没有特别设定气体压力的上限。从现象上来看，如果在存在于铸模25中的原料熔液30的液面上产生冒泡，则不需要使气体压力上升到其以上。

气体的流量也取决于铸造速度和铸造棒31的形状，但优选大约为1sccm（standard cubic centimeter per minute）以上1000sccm以下。如果气体的导入量过少，则气体通过铸造棒31与铸模25之间的间隙流出到真空槽21中。因此，变得无法将气体的压力保持在熔液30的压力以上，熔液30容易流入铸造棒31与铸模25之间的间隙中。另一方面，气体流量的上限，如果气体的压力高于熔液30的压力，则气体开始流入熔液30内，没有必要增加流量到那以上。但是，沿着气体的流入路径在铸造棒31的表面容易出现凹凸，此外由于过剩气体的导入，导致真空槽21内的真空度的恶化。但是，气体流入熔液30，产生冒泡，由此熔液30与气泡的界面的面积的量、用于熔液30中的杂质气化的液面变大，杂质的气化速度提高。因此，如果铸造棒31的表面和真空槽21的真空度没有问题，则也可以根据需要使气体的流量增加。

如图6所示，铸造装置50也可以还具备调整器45和气体供给器46。通过调整器45能够自由地调整气体的流量和来自孔33的气体的喷出压力。作为气体供给器46能够使用储气瓶、气体发生器等。惰性气体从气体供给器46被供给到铸模25的孔33。

铸模25内的原料熔液30从上表面被加热。由此，原料的凝固位置被控制。作为加热方法，能够采用基于来自电阻加热器的辐射热的加热方法、基于电子束或激光等的照射的加热方法。为了适当地控制凝固位置，优选使用指向性高的加热方法。具体而言，优选基于电子束的照射的加热。熔液30从上表面被加热，所以熔液30必然地从铸模25的底面向上凝固。

本说明书中，将从坩埚24向铸模25之上供给熔液30的位置称为坩埚侧，将从铸模25拉拔铸造棒31的方向称为拉拔侧。熔液30的加热，通过使加热强度从坩埚侧向拉拔侧降低，如图4所示那样，被控制使得兼具以下的条件。

＜条件1＞

加热铸模25之上的熔液30，以使得熔液30的凝固开始线34（在铸模25之上熔液30开始凝固的线、如果换一种说法则是铸造棒31与熔液30的界面与铸模25的底面的切线）与孔33的位置相比存在于坩埚侧。也就是说，在加热工序中对从铸造棒31的上表面进行的加热进行调整，以使得凝固开始线34与孔33相比位于铸造棒31的拉拔方向PD的上游侧。从凝固开始线34到坩埚24的距离，比从孔33到坩埚24的距离短。在设有多个孔33的情况下，凝固开始线34优选与位于拉拔方向PD的最上游侧的孔33相比位于其上游侧。

＜条件2＞

加热铸模25之上的熔液30，以使得熔液30的凝固结束线35（在铸模25之上熔液30结束凝固的线、如果换一种说法则为铸造棒31与熔液30的界面与铸造棒31的上表面的切线）与孔33的位置相比存在于拉拔侧。也就是说，在加热工序中对来自铸造棒31的上表面的加热进行调整，以使得凝固结束线35与孔33相比位于铸造棒31的拉拔方向PD的下游侧。从孔33到坩埚24的距离比从凝固结束线35到坩埚24的距离短。在设有多个孔33的情况下，凝固结束线35优选与位于拉拔方向PD的最下游侧的孔33相比位于其下游侧。

在熔液30的凝固开始线34与孔33相比存在于坩埚侧的情况下，气体容易蓄积在铸造棒31与铸模25之间，难以向熔液30流入。因此，能够通过气体的压力抑制熔液30通过铸造棒31与铸模25之间的间隙向铸模25的外部流出。另一方面，在熔液30的凝固结束线35与孔33相比存在于拉拔侧的情况下，在孔33的上部存在铸造棒31和熔液30。详细而言，在孔33的附近存在铸造棒31的顶端部，熔液30漫到铸造棒31的顶端部之上。根据这样的位置关系，从孔33喷出的气体容易被封闭在铸造棒31与铸模25之间的间隙中，难以流出到真空槽21中。因此，能够在铸造棒31与铸模25之间的间隙中保持足够的压力的气体，能够抑制熔液30的流出。

如图6所示，铸造装置50也可以还具备控制器47。通过控制器47来控制加热机构26和27。如果通过控制器47适当地控制加热机构26，则能够对来自铸造棒31的上表面的加热进行调整，以使得满足上述的条件1和条件2。

在本实施方式中，通过对铸模25内的原料（铸造棒31）的上表面照射电子束，来调整原料的凝固开始线34和凝固结束线35的位置。通过电子束能够进行局部加热，所以容易调整凝固开始线34和凝固结束线35的位置。

对铸造棒31的大小没有限定。一例的铸造棒31，其长度处于400mm～5000mm的范围，与长度方向垂直的截面积处于3cm²～100cm²范围。

通过铸模25成形为所希望的形状的铸造棒31，由铸造棒输送机构28拉拔。在使用本实施方式的铸模25的情况下，铸模25的上面开放，所以仅靠单纯地拉拔无法得到圆柱状的铸造棒31。因此，也可以在铸造棒输送机构28设置使铸造棒31沿拉拔方向旋转的机构。在该情况下，能够得到圆柱状的铸造棒31。

对铸造棒31的拉拔速度没有限定，但一例的拉拔速度约为1～50mm/秒。铸造棒31的拉拔通常连续地进行。通过连续地拉拔铸造棒31，能够形成均质的铸造棒31。再者，所谓“连续地拉拔铸造棒31”并不一定意味着铸造棒31的运动即使是一瞬间也不停止。原因在于由于在铸造棒输送机构28设置的电动机的制约等，有时难以完全且连续地拉拔铸造棒31。也就是说，如果从大局来看是连续的，就能够视为连续地输送铸造棒31。

以上，根据本实施方式，通过从铸模25的侧面25b和底面25a向铸造棒31与铸模25之间的间隙以熔液30的压力以上的压力导入气体，能够抑制熔液30漫入铸模25与铸造棒31之间的间隙。进而，通过从上表面对铸模25内的原料进行加热使原料的凝固延迟，能够使流出到原料的熔液30内的气体成分从熔液30的上表面逃逸。因此，在真空中的水平连铸中，能够兼具由气体导入带来的降低铸模25的摩擦阻力和抑制铸造棒31中内包气体，能够抑制铸造时的漏钢。

例如，在专利文献5所示那样的单一的炉体内同时进行蒸镀和铸造的情况下，如果导入专利文献1所示那样的润滑油和气体，则有蒸镀炉内的原料的蒸发受到阻碍之虞。这是因为，在真空条件下进行铸造时，由于气化而引起大幅度的体积膨胀的液体成分的导入成为装置内的压力急剧上升的主要原因的缘故。

因此，在真空中进行铸造的情况下，如果使用在常压大气下的铸造中使用那样的润滑油，则由于润滑油的气化在铸造棒脱模时容易发生由于摩擦阻力的增加导致的漏钢和铸造缺陷。

本实施方式的铸造方法不是必须使用润滑油，所以特别适于在真空中的铸造。因此，不仅能够抑制铸造棒31的内部残留气体，而且还能够防止铸造棒31的漏钢和结构缺陷。

（实施方式2）

实施方式2的装置是用于在基材上形成薄膜的装置。根据本实施方式的薄膜制造装置，能够容易地实施以下说明的成膜方法。再者，在实施方式1中说明了的事项能够应用于本实施方式的薄膜制造装置。以下，对在实施方式1和实施方式2中共通的结构要素附带相同的附图标记，省略其说明。

实施方式2的薄膜制造装置是在实施方式1中的铸造装置50的后段附加了利用在铸造装置50中制造出的铸造棒31来制造薄膜的装置而成的装置。以下，对于本实施方式的薄膜制造装置，利用图5具体地说明。

如图5所示，薄膜制造装置100包括坩埚24、原料供给机构23、坩埚加热装置26、铸模25、铸模加热装置27、铸造棒输送机构28和成膜机构43。成膜机构43包括蒸发用坩埚40、在蒸发用坩埚40的上方对铸造棒31进行加热并使材料滴下的铸造棒加热装置41、对蒸发用坩埚40进行加热的蒸发用坩埚加热装置41、和基板输送机构42。在本实施方式中，电子枪41兼作为铸造棒加热装置和蒸发用坩埚加热装置。

作为蒸发用坩埚40的材料，能够使用例如铜、铁、镍、钼、钽、钨、含有它们的合金等的金属、氧化铝、氧化镁、氧化钙等的氧化物、氮化硼、碳。也可以组合这些材料来形成坩埚40。蒸发用坩埚40的典型的一例是水冷铜炉。也可以由碳材料（例如石墨）构成水冷铜炉的表面。

电子枪41可以是直进枪和转向枪中的任一种。

铸造棒31被朝向蒸发用坩埚40的上方输送（输送工序）。通过加热和熔化铸造棒31来对蒸发用坩埚40连续地滴下和供给原料（供给工序）。具体而言，由电子枪41对铸造棒31的顶端部附近照射电子束。通过电子束的照射铸造棒31的顶端部熔融，成为液滴而滴落到蒸发用坩埚40。电子枪41的功率，考虑原料的种类、铸造棒31的形状和输送速度来设定。电子枪41的功率为例如5kW～100kW左右。如果电子枪41的功率低于5kW，则有时铸造棒31的熔融速度不充分。另外，如果其功率超过100kW，则有时液滴在蒸发用坩埚40的跟前滴落。但是，本发明不被电子枪41的功率限定。原因在于电子枪41的功率依赖于铸造棒31的大小、成膜速度、原料的种类等。

因为不需要铸造棒31的切断工序和冷却工序、并且因为有效地利用铸造棒31，所以优选从坩埚24到蒸发用坩埚40的空间由1个真空槽21的内部空间形成。

通过使原料从蒸发用坩埚40蒸发来使原料沉积在配置于蒸发用坩埚40上方的基板44之上（沉积工序）。具体而言，在蒸发用坩埚40中蓄积铸造棒31的熔液（蒸发源）。熔液被来自电子枪41的电子束加热，其一部分蒸发。蒸发了的粒子在基板44之上沉积，从而形成薄膜。

来自电子枪41的电子束，由扫描机构分配而照射铸造棒31和熔液。通过用1个电子枪41来加热铸造棒31和熔液，能够简化装置，能够降低装置成本。再者，也可以采用不同的加热装置来加热铸造棒31和熔液。另外，铸造棒31和熔液也可以采用电子束的照射以外的方法来加热。

蒸发用坩埚40中形成有贮存熔液的凹部。凹部的平面形状，根据作为目的的成膜，能够设为圆形、椭圆形、矩形、环形等各种形状。蒸发用坩埚40能够由耐热性材料形成。能够使用例如铜、钼、钽、钨、含有它们的合金等的金属、氧化铝、氧化镁、氧化钙等的氧化物、氮化硼、碳等。蒸发用坩埚40的一例为水冷铜炉。

基板输送机构42由送出辊、输送辊、筒体（can）和卷取辊构成。分别是旋转自如的辊。它们作为输送基板44的输送机构发挥作用。

再者，也可从基板输送机构42中省略筒体。例如也可以在2个输送辊间以直线状行进的基板44的一部分上形成薄膜。能够根据2个输送辊的位置，使原料的粒子向基板44上飞来的角度变化。例如能够使原料的粒子相对于基板44的表面大致垂直地入射。能够使原料的粒子相对于基板44的表面倾斜地入射。根据使原料粒子相对于基板44的表面倾斜入射的成膜方法，能够通过自阴影效应来形成包含微小空间的薄膜。因此，该成膜方法对例如高C/N（carrier/noise）的磁带的形成、循环特性优异的电池的负极形成很有效。

根据本实施方式的薄膜制造装置，通过作为基板44使用长条的铜箔并且作为粒状原料29使用硅，可得到电池用的长条的负极。

产业上的利用可能性

采用本发明的方法制造的铸造棒，能够用于薄膜工艺。本发明的方法特别适于在真空中的铸造。

Claims (20)

1.一种铸造方法，其包括：

通过一边在铸模内使原料凝固一边从所述铸模将所述原料沿水平方向连续地拉拔，来铸造所述原料的铸造棒的工序；

向所述铸造棒与所述铸模之间的间隙导入气体的工序；和

对所述铸模内的所述铸造棒的上表面进行加热的工序。

2.根据权利要求1所述的铸造方法，

从在所述铸模的壁面设置的孔向所述间隙导入所述气体，

来自所述孔的所述气体的喷出压力为所述原料的熔液的压力以上的压力。

3.根据权利要求1所述的铸造方法，

从在所述铸模的壁面设置的孔向所述间隙导入所述气体，

在所述铸造工序中，从用于熔化所述原料的坩埚向所述铸模供给所述原料，

在所述加热工序中，调整从所述铸造棒的上表面进行的加热，以使得所述原料的凝固开始线与所述孔相比存在于坩埚侧。

4.根据权利要求1所述的铸造方法，

从在所述铸模的壁面设置的孔向所述间隙导入所述气体，

在所述加热工序中，调整从所述铸造棒的上表面进行的加热，以使得所述原料的凝固结束线与所述孔相比存在于所述铸造棒的拉拔侧。

5.根据权利要求1所述的铸造方法，

从在所述铸模的壁面设置的孔向所述间隙导入所述气体，

在所述铸造工序中，从用于熔化所述原料的坩埚向所述铸模供给所述原料，

在所述加热工序中，调整从所述铸造棒的上表面进行的加热，以使得所述原料的凝固开始线与所述孔相比存在于坩埚侧，且所述原料的凝固结束线与所述孔相比存在于所述铸造棒的拉拔侧。

6.根据权利要求1所述的铸造方法，

所述气体的流量为1sccm以上1000sccm以下。

7.根据权利要求1所述的铸造方法，

所述气体为包含氮气、氩气或它们的混合气体的惰性气体。

8.根据权利要求1所述的铸造方法，

在所述加热工序中，通过向所述铸模内的所述铸造棒的上表面照射电子束，来调整所述原料的凝固开始线和凝固结束线的位置。

9.根据权利要求1所述的铸造方法，

所述原料为伴随着冷却中的相变，体积增加的材料。

10.根据权利要求1所述的铸造方法，

所述原料为硅或含有硅的合金。

11.一种铸造装置，具备：

用于将原料熔化的坩埚；

铸模，其使在所述坩埚中熔化了的所述原料凝固，并且具有与所述原料接触的壁面、和在所述壁面设置以使得能够向所述原料的铸造棒与所述壁面之间的间隙导入气体的孔；

对所述铸模内的所述铸造棒的上表面进行加热的加热机构；和

铸造棒输送机构，其沿水平方向连续地拉拔在所述铸模中凝固了的所述原料，以使得形成所述铸造棒。

12.根据权利要求11所述的铸造装置，

还具备调整器，所述调整器将来自所述孔的所述气体的喷出压力调整为所述原料的熔液的压力以上的压力。

13.根据权利要求11所述的铸造装置，

还具备控制器，所述控制器对所述加热机构进行控制，以使得所述孔与所述原料的凝固开始线相比存在于所述铸造棒的拉拔侧。

14.根据权利要求11所述的铸造装置，

还具备控制器，所述控制器对所述加热机构进行控制，以使得所述孔与所述原料的凝固结束线相比存在于坩埚侧。

15.根据权利要求11所述的铸造装置，

所述孔的直径为0.1mm以上1mm以下。

16.根据权利要求11所述的铸造装置，

还具备气体供给器，所述气体供给器向所述孔供给作为所述气体的、含有氮气、氩气或它们的混合气体的惰性气体。

17.根据权利要求11所述的铸造装置，

所述加热机构被构成为向所述铸造棒照射电子束。

18.根据权利要求11所述的铸造装置，还具备：

收容所述坩埚、所述铸模、所述加热机构和所述铸造棒输送机构的真空槽；

将所述真空槽的内部排气的排气机构；和

在所述真空槽内配置并用于向所述坩埚供给所述原料的供给机构。

19.一种薄膜制造方法，包括：

将由权利要求1所述的铸造方法制作的铸造棒向蒸发用坩埚的上方输送的工序；

通过将所述铸造棒加热和熔化，向所述蒸发用坩埚连续地滴下和供给原料的工序；和

通过使所述原料从所述蒸发用坩埚蒸发，使所述原料沉积在配置于所述蒸发用坩埚的上方的基板上的工序。

20.一种薄膜制造装置，具备：

权利要求11所述的铸造装置；

在所述铸造装置的所述铸造棒输送机构的后段配置的蒸发用坩埚；

通过在所述蒸发用坩埚的上方将所述铸造棒加热和熔化来向所述蒸发用坩埚连续地滴下和供给所述原料的铸造棒加热装置；

对所述蒸发用坩埚进行加热的蒸发用坩埚加热装置；和

向所述蒸发用坩埚的上方输送基板的基板输送机构。

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